Fisica della Materia condensata
Il gruppo di Fisica della Materia Condensata del Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell’Università dell’Aquila svolge attività sperimentali, teoriche e computazionali dedicate allo studio dei sistemi della materia condensata. Le ricerche abbracciano un ampio spettro di tematiche, tra cui materiali quantistici, superfici e nanostrutture, fotonica avanzata, materiali bidimensionali, sistemi disordinati e modellistica quantistica, integrando approcci complementari per affrontare problemi complessi della fisica moderna.
L’attività sperimentale del gruppo indaga le proprietà strutturali, elettroniche, magnetiche e ottiche della materia in fase liquida e solida, con obiettivi sia fondamentali sia applicativi. Le indagini vengono condotte attraverso la strumentazione avanzata dei laboratori del Dipartimento e mediante attività sperimentali svolte presso grandi infrastrutture internazionali, come sorgenti di luce di sincrotrone, laser a elettroni liberi e sorgenti di neutroni, che permettono di esplorare la materia con tecniche ad alta risoluzione e in condizioni estreme.
Le attività teoriche e computazionali completano questo quadro attraverso l’impiego di modelli quantistici, simulazioni numeriche ad alte prestazioni e metodologie ab‑initio. La parte computazionale si avvale sia dei centri di calcolo del Dipartimento, sia delle risorse ad alte prestazioni messe a disposizione dal CINECA, consentendo simulazioni avanzate e lo sviluppo di metodologie dedicate allo studio di sistemi complessi.
La stretta sinergia tra teoria, simulazioni e attività sperimentale consente di acquisire una comprensione approfondita dei fenomeni osservati e orienta la progettazione di nuovi materiali e dispositivi. Questo approccio si sviluppa all’interno di un ecosistema caratterizzato da numerose collaborazioni interne, nazionali e internazionali, che rendono il gruppo un ambiente di ricerca dinamico, multidisciplinare e fortemente orientato all’innovazione scientifica.
Linee di ricerca
1. Materiali Quantistici e Superconduttività
Studiamo materiali in cui emergono fenomeni elettronici dominati da effetti quantistici collettivi, come superconduttività convenzionale e non convenzionale, magnetismo, fasi topologiche e correlazione elettronica. Le ricerche riguardano superconduttori ad alta pressione, idruri, ossidi complessi (come i cuprati) e pnictidi, nonché più in generale sistemi fortemente correlati e materiali topologici.
L’attività teorica utilizza metodi ab initio come DFT (Density Functional Theory), MBPT (Many-Body Perturbation Theory) e QMC (Quantum Monte Carlo), oltre ad approcci non perturbativi come DMFT (Dynamical Mean Field Theory) e trattamenti avanzati del disordine e dell’accoppiamento elettrone-fonone. Le simulazioni consentono di prevedere proprietà elettroniche e superconduttive, inclusa la temperatura critica.
Sul fronte sperimentale, vengono impiegate tecniche di fotoemissione elettronica, microscopia a sonda (STM/AFM), spettroscopie ottiche e magnetiche, e misure in condizioni estreme di temperatura e pressione. Queste metodologie permettono di studiare la relazione tra struttura, magnetismo e superconduttività in materiali funzionali avanzati.
Teorici:
Gianni Profeta, Alessandra Continenza, Sergio Ciuchi, Tommaso Cea, Leone Di Mauro Villari, Carlo Pierleoni.
Gianni Profeta, Alessandra Continenza, Sergio Ciuchi, Tommaso Cea, Leone Di Mauro Villari, Carlo Pierleoni.
Sperimentali:
Paola Benassi, Davide Tedeschi, Federico Bisti, Luca Ottaviano, Luca Lozzi, Antonio Politano.
Paola Benassi, Davide Tedeschi, Federico Bisti, Luca Ottaviano, Luca Lozzi, Antonio Politano.
2. Ottica, Fotonica Avanzata e Metamateriali
L’area studia l’interazione luce‑materia in regimi lineari e non lineari, sviluppando materiali e dispositivi fotonici in grado di controllare la propagazione della luce. Le ricerche spaziano dalle comunicazioni ottiche avanzate alla fotonica quantistica, fino alla progettazione di metamateriali e metasuperfici capaci di manipolare campi elettromagnetici con grande precisione.
Le attività teoriche includono la modellizzazione della propagazione in fibre monomodali e multimodali, lo studio degli effetti non lineari, la formulazione di modelli ridotti per amplificatori ottici a semiconduttore e l’analisi dei limiti energetici fondamentali delle comunicazioni ottiche. Sul piano sperimentale si studiano fenomeni di propagazione, dispersione modale e interazioni non lineari in fibre ottiche complesse e sistemi fotonici integrati.
Teorici:
Carlo Rizza, Andrea Marini, Leone Di Mauro Villari, Cristian Antonelli, Antonio Mecozzi.
Carlo Rizza, Andrea Marini, Leone Di Mauro Villari, Cristian Antonelli, Antonio Mecozzi.
3. Materiali 2D, Plasmonica e Fenomeni Ultraveloci
L’area si occupa di grafene, materiali bidimensionali, sistemi impilati o twistati, e materiali emergenti come fosforene e calcogenuri di metalli di transizione. Questi sistemi mostrano proprietà elettroniche, ottiche e plasmoniche uniche, con fenomeni ultraveloci su scala femtosecondo che aprono prospettive in dispositivi quantistici e optoelettronici.
Le attività sperimentali comprendono la crescita e caratterizzazione di materiali 2D tramite spettroscopie fotoemissive (XPS/ARPES), Raman, microscopia elettronica e a scansione di sonda, oltre allo studio di impilamenti e interfacce. Si indagano le modifiche strutturali ed elettroniche introdotte dall’interazione con substrati, drogaggi o sovrapposizione di più strati. Le ricerche includono anche applicazioni in sensoristica, microelettronica e nanomedicina.
Teorici:
Andrea Marini, Leone Di Mauro Villari, Gianni Profeta, Tommaso Cea.
Andrea Marini, Leone Di Mauro Villari, Gianni Profeta, Tommaso Cea.
Sperimentali:
Davide Tedeschi, Paola Benassi, Federico Bisti, Luca Ottaviano, Luca Lozzi, Maurizio Passacantando, Antonio Politano.
Davide Tedeschi, Paola Benassi, Federico Bisti, Luca Ottaviano, Luca Lozzi, Maurizio Passacantando, Antonio Politano.
4. Superfici, Nanostrutture e Materiali Funzionali
Questa area analizza la struttura elettronica e chimica di superfici, interfacce e nanomateriali funzionali, indagando sistemi come nanotubi di carbonio, nanofibre polimeriche, nanoparticelle ossido‑metalliche, materiali ibridi e film sottili cresciuti con tecniche avanzate. Le applicazioni riguardano sensori, catalizzatori, dispositivi THz, fotocatalisi e materiali per l’energia.
Le attività sperimentali includono microscopie STM/AFM, spettroscopie elettroniche, diffrazione elettronica e a raggi X, crescita di film sottili e caratterizzazione morfologica, magnetica e strutturale. Vengono studiate anche proprietà come fotoconducibilità, magnetismo e risposta ottica di superfici funzionalizzate.
Sperimentali:
Luca Lozzi, Maurizio Passacantando, Antonio Politano, Federico Bisti, Luca Ottaviano.
Luca Lozzi, Maurizio Passacantando, Antonio Politano, Federico Bisti, Luca Ottaviano.
5. Disordine, Vetri e Spettroscopie Avanzate
L’area si occupa dello studio di materiali non cristallini, vetri, liquidi complessi e sistemi disordinati. L’obiettivo è comprendere le dinamiche microscopiche, le vibrazioni e le proprietà strutturali che emergono in assenza di ordine cristallino, e che si manifestano anche in condizioni estreme di temperatura e pressione.
L’attività sperimentale utilizza tecniche come Raman, Brillouin, scattering di raggi X e di neutroni, oltre a misure di trasporto e spettroscopie strutturali (EXAFS). Queste tecniche permettono di investigare l’evoluzione dinamica e strutturale dei sistemi in funzione delle condizioni ambientali.
Sperimentali:
Paola Benassi, Adriano Filipponi.
Paola Benassi, Adriano Filipponi.
6. Informazione Quantistica, Modelli Teorici e Simulazioni Avanzate
L’area sviluppa modelli e algoritmi per descrivere sistemi quantistici complessi, includendo simulazioni ab initio, metodi a molti corpi, dinamica quantistica e tecniche avanzate come QMC (Quantum Monte Carlo), DMFT (Dynamical Mean Field Theory), DFT+CPA (Density Functional Theory combinata con la Coherent Potential Approximation) e CEIMC (Coupled Electron-Ion Monte Carlo). Le ricerche vanno dalla fisica degli elettroni correlati ai sistemi disordinati, fino a modelli per trasporto, spettri e informazione quantistica.
L’attività teorico‑computazionale è integrata con lo studio di materiali reali, con particolare attenzione a idruri, materiali organici, sistemi leggeri ad alta pressione e modelli per l’energia e l’elettronica quantistica.
Teorici:
Simone Paganelli, Sergio Ciuchi, Tommaso Cea, Carlo Pierleoni, Gianni Profeta.
Simone Paganelli, Sergio Ciuchi, Tommaso Cea, Carlo Pierleoni, Gianni Profeta.
Laboratori
Tutti i laboratori di fisica della materia condensata sono nel piano -1 dell’Edificio Renato Ricamo (Coppito 1)
